JP4381542B2 - クランクシャフトの複合加工装置 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はクランクシャフトのセンタ基準穴と位相基準座等を加工するクランクシャフトの複合加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より自動車等のクランクシャフトの加工は、多量生産のためその工程を複数分割し加工タクトタイムを短くした、いわゆるトランスファー加工方式によるのが一般的である。また、このクランクシャフトのトランスファー加工ラインにおいては、後工程の加工基準とするために、径方向の基準となる両端のセンタ加工と、ピンジャーナルの回転位相の基準となる位相基準座加工とを早い工程で行っているが、両端のセンター加工を最初に行い、その後別工程で位相基準座加工を行っているのが通例である。
また、クランクシャフト加工の初工程で、全長決め両端加工、センタ加工と位相基準座加工とを行い工程集約を狙った加工装置の例として、コラム移動式マシニングセンタと、複数のワークバイスクランプ装置をその上に具備したターンテーブルとを組み合わせた構造の加工装置もあり、この装置は加工順序に従いワークを加工位置にターンさせ、1軸でATC方式により各加工を行う構成である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来自動車等のクランクシャフトの加工は、多量生産のためのその工程を複数分割し、加工タクトタイムを短くした、トランスファー加工方式によるのが一般的である。また、このクランクシャフトのトランスファー加工ラインにおいては、後工程の加工基準とするために、径方向の基準となる両端のセンタ加工と、ピンジャーナルの回転位相の基準となる位相基準座加工とを早い工程で行っているが、両端のセンター加工を最初に行い、その後別工程で位相基準座加工を行っているのが通例であった。
【0004】
例えば、(1)全長決め両端加工、センタ加工、(2)フロント部外径、リヤ部外径旋削、(3)メインジャーナル部外径加工、(4)位相基準座加工、(5)ピンジャーナル部外径加工、(6)後工程に続くの順に加工するライン構成の例がある。
このライン構成の場合、(4)位相基準座加工の前工程として(3)メインジャーナル部外径加工が入っているが、この工程は位相基準座を加工する際にメインジャーナル外径部を補助クランプ部として使用するため、この部の精度確保に要するのであり、このために工程が多くなっている。
【0005】
そこで、本発明の目的はクランクシャフトのトランスファー加工設備において、その工程を集約することにより減らし、その設備をコンパクト化し、設備費の低減及び省スペースによる設置費用低減を狙ったものである。
また、クランクシャフト加工の初工程で、全長決め両端加工、センタ加工と、位相基準座とを加工し、工程集約を狙った加工装置の例として、コラム移動式マシニングセンタと複数のワークバイスクランプ装置をその上に具備したターンテーブルとを組み合わせた構造ものがあるが、この装置は加工順序に従いワークを加工位置にターンさせる方式であり、ターン時間を多く必要とし、かつATC方式による1軸加工であるため加工時間が長く、全体のサイクルタイムが長くなり、短時間の加工ラインとしては採用出来なかった。
【0006】
本発明は前記目的に加えるに、前記ターンテーブル付きマシニングセンタ構成の装置で達成できなかった工程集約と、サイクルタイムの短縮との同時達成を行うことをも目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するため請求項1記載の発明は、クランクシャフトを複合加工する加工装置であって、ワークをベッドに対し水平に(平行に)固定支持するワーク支持手段と、ワークの軸方向(X方向)と上下方向(Z方向)とに移動自在で、ワーク左右両端をそれぞれ加工するためのカッタを具備する両端面加工ユニットと、ワークの軸方向(X方向)と上下方向(Z方向)とに移動自在で、左右両端面にセンタ基準穴をそれぞれ加工するためのセンタドリルを備えたセンタ基準穴加工ユニットと、ワークの軸方向(X方向)と上下方向(Z方向)と軸方向に直角かつ水平方向(Y方向)とに移動自在で、ワークの所定のカウンタウエイト端面又はピンジャーナルボス部に基準座を加工するためのカッタを具備する位相基準座加工ユニットとを備えたクランクシャフトを複合加工する加工装置である。
【0010】
上記構成の、ワーク水平に固定支持し、初工程で、全長決め両端加工及びセンタリングと位相基準座加工とを同一の工程で複合加工できる構成により、従来の位相基準座を加工する際に補助クランプ部として使用するため前もってその精度を確保するに必要な、メインジャーナル部外径加工を省き、後でこのメインジャーナル部外径部加工をピンジャーナル外径部加工の工程と同時に加工することで工程集約できる。この工程集約によりクランクシャフト加工ラインの工程を減らし、その設備をコンパクト化し、設備費の低減及び省スペースによる設置費用低減が可能となる。また、ワークの姿勢を変えることなくワンチャッキングで加工するので全長、センタ位置、位相基準座位置の各寸法精度が向上できる。
【0011】
上記目的を達成するため請求項2記載の発明は、クランクシャフトを複合加工する加工装置であって、ワークを水平に支持し、ワークの軸方向に直角かつ水平方向(Y方向)に移動自在なワーク支持手段と、ワークの軸方向(X方向)と上下方向(Z方向)とに移動自在で、ワーク左右両端をそれぞれ加工するためのカッタを具備する両端面加工ユニットと、ワークの軸方向(X方向)と上下方向(Z方向)とに移動自在で、ワーク左右両端面にセンタ基準穴をそれぞれ加工するためのセンタドリルを備えたセンタ基準穴加工ユニットと、ワークの軸方向(X方向)と上下方向(Z方向)とに移動自在で、ワークの所定のカウンタウエイト端面又はピンジャーナルボス部に基準座を加工するためのカッタを具備する位相基準座加工ユニットとを備えたクランクシャフトを複合加工する加工装置である。
【0012】
上記構成の、ワークを水平に支持しワークをY方向に移動自在にしたことにより、上記請求項2記載の発明の効果に加えて、位相基準座加工ユニットがコンパクトになる効果が得られる。また、ワークの寸法違いへの対応、カッタの位置補正、カッタとワークとの干渉回避、位相基準座加工の際のカッタによるツールマーク回避等がプログラム指示で自動的に、極めて容易かつ精度良く行うことができる効果が得られる。
【0013】
上記目的を達成するため請求項3記載の発明は、前記両端面加工ユニット、センタ基準穴加工ユニット及び位相基準座加工ユニットのそれぞれのワーク軸方向(X方向)又は上下方向(Z方向)の駆動手段を共用するクランクシャフトを複合加工する加工装置である。
【0014】
両端面加工ユニット、センタ基準穴加工ユニット、位相基準座加工ユニットのそれぞれのX方向又はZ方向の駆動手段を共通化したことにより各ユニット独自に駆動手段を設ける必要がなく、装置全体がコンパクトになるばかりか設備費低減、省スペース、駆動エネルギの省エネルギに寄与できる。また制御軸数が減るので、ワークの全長、センタ位置、位相基準座位置の各寸法精度を向上できる。
【0015】
上記目的を達成するため請求項4記載の発明は、前記ワーク支持手段はワークのメインジャーナルの外径部をV形爪により上下方向にバイスクランプするクランクシャフトを複合加工する加工装置である。
【0016】
V形爪の採用により、ワーク径のバラツキを吸収して求芯クランプできるため加工精度が向上する。また、上下方向にクランプすることからワークと作業者の間に爪及びその駆動装置がなく、作業者のワーク位置へのアクセシビリティが良くなり、ワークの搬出入が容易となる、工具の交換が容易となるなどの作業性が向上する。
爪及びその駆動装置を立て置きとするため装置の奥行き方向が短くでき、装置全体を小型にでき、また、省スペースとなる。
【0017】
【発明の実施の形態】
本願発明の実施の形態を詳述する。
先ず、図1〜図6に基づき本願発明を可能とした機械構成を詳述する。
【0018】
図1〜図4に示す図面は、本願発明のクランクシャフトを複合加工する加工装置の全体を示す実施の形態であり、それらを参照して詳述する。
図1は加工装置の正面図であり、図2は加工装置の平面図であり、図3は加工装置の側面図であり、図4は図1のA−A断面側面図である。
【0019】
ベッド4の左右両端部に、左右一対の加工ユニット20、20´が設けてある。ベッド4の中央部にワーク支持手段30を設けてあり、このワーク支持手段30は左右一対の加工ユニット20、20´間に位置している。
前記各加工ユニット20,20´は全長決め用カッタ1,1´を備えた端面加工ユニット21,21´と、センタリング用ドリル3,3´を備えたセンタ基準穴加工ユニット22,22´と、位相基準面加工用カッタ2,2´を備えた位相基準座加工ユニット23,23´を有し、それぞれの加工ユニットは1つの加工ユニット本体24,24´に取り付けてある。前記ワーク支持手段30は左右一対の縦型バイスクランプ装置5,5´を備えている。
【0020】
ベッド4に対して水平に(平行に)ワーク6のメインジャーナルの外径部をV形爪7により上下方向にバイスクランプする縦型バイスクランプ装置(ワーク支持手段)5,5´で支持する。縦型バイスクランプ装置5,5´はワーク6の中心軸位置決め及び基準座位置決めのため、ワーク6の軸方向に直角かつ水平方向(Y方向)に移動自在であり、かつワーク種違い対応のため、ワーク6の軸方向(X方向)に移動が可能となっている。
【0021】
具体的にはベッド4に移動体31がY方向に移動自在に取り付けてあり、この移動体31に設けたナット部材32に送りねじ杆33が螺合し、その送りねじ杆33をY軸モータ12で回転することで移動体31がY方向に移動する。
この移動体31に左右一対の縦型バイスクランプ装置5,5´が図示しない駆動装置により左右移動可能にそれぞれ取り付けてある。
前記左右一対の端面加工ユニット21,21´はワーク6の軸方向(X方向)と上下方向(Z方向)とに移動自在であり、主軸モータ11の駆動により全長決め用カッタ1,1´を駆動し、ワーク6の両端面を加工し、ワーク6の全長を決める。
【0022】
前記左右一対のセンタ基準穴加工ユニット22,22´はワーク6の軸方向(X方向)と上下方向(Z方向)とに移動自在で、センタドリル3,3´を主軸モータ11の駆動により回転し、ワーク6の両端面にセンタ基準穴を加工する。
前記左右一対の位相基準座加工ユニット23,23´はワークの軸方向(X方向)及び上下方向(Z方向)に移動自在となっており、位相基準面加工用カッタ2,2´を主軸モータ11により回転駆動し、ワーク6の所定のカウンタウエイト端面に基準面を加工する。
前記全長位置決め用カッタ1,1´及び位相基準面加工用カッタ2,2´はミーリングカッタ(フライスカッタ)である。
【0023】
前記各カッタ移動のために、ベッド4の左右両側部に左右一対のベース部材25,25´が取り付けてあり、この各ベース部材25,25´に移動体26,26´がX方向に移動自在にそれぞれ取り付けてある。
この各移動体26,26´に前記加工ユニット本体24,24´がZ方向に移動自在にそれぞれ取り付けてある。
前記ベース部材25,25´にX軸モータ13,13´が取り付けてあり、このX軸モータ13,13´で回転される横送りねじ杆27,27´を移動体26,26´に設けたナット部材28,28´に螺合し、X軸モータ13,13´を回転すると移動体26,26´がX方向に移動する。
前記移動体26,26´にZ軸モータ14,14´が取り付けてあり、このZ軸モータ14,14´で回転される縦送りねじ杆29、29´を加工ユニット本体24,24´に設けたナット部材34,34´に螺合し、Z軸モータ14,14´を回転すると加工ユニット本体24,24´がZ方向に移動する。
前記主軸モータ11,11´は加工ユニット本体24,24´に取り付けられ、プーリとベルト等の伝動機構を介して前記各加工ユニットの工具を回転する。
【0024】
図5及び図6は縦型のバイスクランプ装置5、5´の詳細図であり、前記移動体31のガイド35に沿って移動する本体36に上下一対のV形爪7が上下動自在に対向して取り付けてある。
油圧シリンダ8の駆動手段により一方のV形爪7を上下動すると共に、ラック10を上下移動し、そのラック10でピニオン9を作動させて、他方のV形爪7を上下動してワーク6を着脱自在とする。
【0025】
次に本願発明の構成と作用につき従来例とを比較して説明する。
従来から、各エンジン製造メーカで製造サイクルタイムにより様々な工程があるが、その1例を示すと、図8のようになる。
この従来のクランクシャフトの複合加工方法は、その工程例として、▲1▼センタリングと全長決め、▲2▼リヤ旋削、▲3▼フロント旋削とレスト溝旋削、▲4▼ジャーナル外径荒仕上げ、▲5▼ジャーナル外径中仕上げ、▲6▼位相基準座加工、▲7▼ピン外径荒仕上げの多数工程がある。
【0026】
そして、一方、本願発明は、図7に示すように、初工程で、センタリング工程と全長決め工程と位相基準座加工工程を集約し、以下順に、リヤ旋削工程、フロント旋削とレスト溝旋削工程、ジャーナル・ピン外径荒仕上げ工程の4工程で加工可能になる。
加工装置にワークを水平にチャッキングし、該ワークの軸方向の長さ寸法を決めるために、左右両端面をそれぞれほぼ上下方向のカッタ移動により加工し、ワークの全長を決める。
その後、該ワークの姿勢を変えることなく、把み換えをせず前記チャッキングのまま(ワンチャッキング)でそれぞれの両端面にワークの径方向の基準となるセンタ基準穴をセンタリング加工する。また、同様にワンチャッキングのまま、ワークの回転位相基準として、ワークの所定のカウンタウエイト端面又はピンジャーナルボス部にほぼ上下方向のカッタ移動により、位相基準座面を加工する。なお、センタリングする工程と位相基準座面を加工する工程はどちらの行程順が早くても良い。
【0027】
以上述べたように、本願発明は、加工装置にワークを水平に支持し、ワンチャッキングで、ワーク姿勢を変えることなく以下の工程で加工を行うのを主旨としている。
すなわち、 a.ワークの軸方向の長さ寸法を決めて、ワークの左右両端面を加工するために、全長決め用カッタをほぼ上下方向に移動する。
b.センタドリルをワーク軸方向(X方向)及び上下方向(Z方向)に移動してワークの両端面にワークの径方向の基準となるセンタ基準穴を加工する。
c.位相基準面加工用カッタを移動して、ワークの所定のカウンタウェイト端面又はピンジャーナルボス部に基準座を加工する。
以上のa、b、cの工程を組み合わせてなるクランクシャフトの複合加工方法であり、従来の多数の工程を集約できるので、その設備を簡素化し、設備費の低減及び省スペースによる設置費用低減が可能となる。また、ワークの姿勢を変えることなくワンチャッキングで加工するので、全長、センタ位置、位相基準座位置の各寸法精度を向上できる。
【0028】
図面に基づいて、本願発明の加工順の実施例1を説明すると、 図9及び図10は位相基準面を加工しているときの平面図及び正面図である。先ず、位相基準座加工ユニットに取り付けた位相基準面加工用カッタ2,2´をZ方向に移動させてワークの基準面を加工する。
次に、バイスクランプ装置5,5´に支持されたワーク6をY方向に移動させ、センタドリル回転軸をワークの軸垂直面に合わせると共に、両端面加工ユニットをZ方向に移動させて、該ユニットに取り付けた全長決め用カッタ1,1´によりワークの両端面を加工する。(図11、図12)
最後に、センタ基準穴加工ユニットをZ方向に移動させて、センタドリル回転軸をワーク軸に合わせ、センタドリル3,3´をX方向に送り、センタ基準穴を加工する。(図13、図14)
【0029】
また、本願発明の加工順の実施例2を説明すると、先ず、両端面加工ユニットをZ方向に移動させて、全長決め両端面を全長決め用カッタ1,1´によりワーク6の両端面を加工する。(図15、図16)
次に、センタ基準穴加工ユニットをZ方向に移動し、センタドリル回転軸をワーク軸に合わせ、その後、センタドリル3,3´をX方向に送りセンタ基準穴を加工する。(図17,図18)
次に、ワーク6をY方向に移動させて位相基準座加工面を位置決めし、位相基準加工ユニットに取り付けられた位相基準面加工用カッタ2,2´をZ方向に移動させて位相基準面を加工する。(図19、図20)
【0030】
さらに、本願発明の加工順の実施例3を説明すると、先ず、装置をZ方向に移動して、両端面加工ユニットに取り付けた全長決め用カッタ1,1´と位相基準加工ユニットに取り付けた位相基準用カッタ2,2´とにより、全長決め両端面と位相基準面を同時に加工する。(図21,図22)
次に、センタ基準穴加工ユニットをZ方向に移動させ、センタドリル回転軸をワーク軸に合わせた後、センタドリル3,3´をX方向に送り、センタ基準穴を加工する。(図23、図24)
【0031】
図25はワーク6を固定し、各カッタ側を移動させる場合の本願発明の加工順の実施例である。(実施例4)
加工装置は全長決め用カッタ1,1´、位相基準面加工用カッタ2,2´、センタドリル3,3´を備えている。
位相基準面用カッタはX方向、Z方向及びY方向に移動自在であり、全長決め用カッタ1,1´及びセンタドリル3,3´のX方向及びZ方向に移動自在である。
この際、X方向又はZ方向の駆動手段は共用しても良い。
ワークは位相決め基準15及び長手方向基準16を備えている。
【0032】
本加工工程組み合わせ実施例を説明すると、本構成では加工工程組み合わせは、次のA、B、Cが考えられる。そして、その加工工程組み合わせ実施例Aは、第1加工工程では全長決めカッタ1,1´でワーク6の両端面を加工する。第2加工工程では位相基準面加工用カッタ2,2´で位相基準面を加工する。第3加工工程ではセンタドリル3,3´でセンタ穴を加工する。
加工工程組み合わせ実施例Bは、第1加工工程では全長決めカッタ1,1´でワーク6の両端面を加工する。第2加工工程ではセンタドリル3,3´でセンタ穴を加工する。第3加工工程では位相基準面用カッタ2,2´で位相基準面を加工する。
【0033】
さらに、加工工程組み合わせ実施例Cは、第1加工工程では位相基準面用カッタ2,2´で位相基準面を加工する。第2加工工程では全長決めカッタ1,1´でワーク6の両端面を加工する。第3加工工程ではセンタドリル3,3´でセンタ穴を加工する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施の形態になるクランクシャフトを複合加工する加工装置を示す正面図である。
【図2】図1に示された加工装置の平面図である。
【図3】図1に示された加工装置の側面図である。
【図4】図1に示された加工装置のA−A断面図である。
【図5】縦型バイスクランプ装置の正面図である。
【図6】図5に示された縦型バイスクランプ装置の側面図である。
【図7】初工程に位相基準座加工を取り込み、工程集約した、本願発明の工程ブロック図である。
【図8】従来のクランク加工ラインの工程を示す工程ブロック図である。
【図9】本願発明実施例1の第1工程の平面図である。
【図10】図9に示された第1工程の正面図である。
【図11】実施例1の第2工程の平面図である。
【図12】図11に示された第2工程の正面図である。
【図13】実施例1の第3工程の平面図である。
【図14】図13に示された第3工程の正面図である。
【図15】本願発明実施例2の第1工程の平面図である。
【図16】図15に示された第1工程の正面図である。
【図17】実施例2の第2工程の平面図である。
【図18】図17に示された第2工程の正面図である。
【図19】実施例2の第3工程の平面図である。
【図20】図19に示された第3工程の正面図である。
【図21】本願発明実施例3の第1工程の平面図である。
【図22】図21に示された第1工程の正面図である。
【図23】実施例3の第2工程の平面図である。
【図24】図23に示された第2工程の正面図である。
【図25】本願発明の実施例4の作用説明図である。
【符号の説明】
1 …全長決め用カッタ
1´…全長決め用カッタ
2 …位相基準面加工用カッタ
2´…位相基準面加工用カッタ
3 …センタドリル
3´…センタドリル
4 …ベッド
5 …縦型バイスクランプ装置
5´…縦型バイスクランプ装置
6 …ワーク
7 …V形爪
8 …油圧シリンダ
9 …ピニオン
10…ラック
11…主軸モータ
11´…主軸モータ
12…Y軸モータ
13…X軸モータ
13´…X軸モータ
14…Z軸モータ
14´…Z軸モータ
15…位相決め基準
16…長手方向基準
20…加工ユニット
20´…加工ユニット
21…端面加工ユニット
21´…端面加工ユニット
22…センタ基準穴加工ユニット
22´…センタ基準穴加工ユニット
23…位相基準座加工ユニット
23´…位相基準座加工ユニット
24…加工ユニット本体
24´…加工ユニット本体
25…ベース部材
25´…ベース部材
26…移動体
26´…移動体
27…横送りねじ杆
27´…横送りねじ杆
28…ナット部材
28´…ナット部材
29…縦送りねじ杆
29´…縦送りねじ杆
30…ワーク支持手段
31…移動体
32…ナット部材
33…送りねじ杆
34…ナット部材
34´…ナット部材
35…ガイド
36…本体

Claims (4)

  1. クランクシャフトを複合加工する加工装置であって、ワークをベッドに対し水平に固定支持するワーク支持手段と、ワークの軸方向(X方向)と上下方向(Z方向)とに移動自在で、ワーク左右両端をそれぞれ加工するためのカッタを具備する両端面加工ユニットと、ワークの軸方向(X方向)と上下方向(Z方向)とに移動自在で、左右両端面にセンタ基準穴をそれぞれ加工するためのセンタドリルを備えたセンタ基準穴加工ユニットと、ワークの軸方向(X方向)と上下方向(Z方向)と軸方向に直角かつ水平方向(Y方向)とに移動自在で、ワークの所定のカウンタウエイト端面又はピンジャーナルボス部に基準座を加工するためのカッタを具備する位相基準座加工ユニットとを備えたことを特徴とするクランクシャフトを複合加工する加工装置。
  2. クランクシャフトを複合加工する加工装置であって、ワークを水平に支持し、ワークの軸方向に直角かつ水平方向(Y方向)に移動自在なワーク支持手段と、ワークの軸方向(X方向)と上下方向(Z方向)とに移動自在で、ワーク左右両端をそれぞれ加工するためのカッタを具備する両端面加工ユニットと、ワークの軸方向(X方向)と上下方向(Z方向)とに移動自在で、ワーク左右両端面にセンタ基準穴をそれぞれ加工するためのセンタドリルを備えたセンタ基準穴加工ユニットと、ワークの軸方向(X方向)と上下方向(Z方向)とに移動自在で、ワークの所定のカウンタウエイト端面又はピンジャーナルボス部に基準座を加工するためのカッタを具備する位相基準座加工ユニットとを備えたことを特徴とするクランクシャフトを複合加工する加工装置。
  3. 前記両端面加工ユニット、センタ基準穴加工ユニット及び位相基準座加工ユニットのそれぞれのワーク軸方向(X方向)又は上下方向(Z方向)の駆動手段を共用した請求項1又は2記載のクランクシャフトを複合加工する加工装置。
  4. 前記ワーク支持手段は、ワークのメインジャーナルの外径部をV形爪により上下方向にバイスクランプする請求項1〜3のいずれか1項記載のクランクシャフトを複合加工する加工装置。
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